CZ2009203A3 - Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem - Google Patents

Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem Download PDF

Info

Publication number
CZ2009203A3
CZ2009203A3 CZ20090203A CZ2009203A CZ2009203A3 CZ 2009203 A3 CZ2009203 A3 CZ 2009203A3 CZ 20090203 A CZ20090203 A CZ 20090203A CZ 2009203 A CZ2009203 A CZ 2009203A CZ 2009203 A3 CZ2009203 A3 CZ 2009203A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
switch
sensor
resistor
circuit
column
Prior art date
Application number
CZ20090203A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ301690B6 (cs
Inventor
Novák@Martin
Volf@Jaromír
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní
Priority to CZ20090203A priority Critical patent/CZ2009203A3/cs
Priority to PCT/CZ2010/000037 priority patent/WO2010111979A1/en
Priority to US13/260,645 priority patent/US20120025852A1/en
Priority to RU2011139649/28A priority patent/RU2538038C2/ru
Priority to EP10729689A priority patent/EP2414799B1/en
Publication of CZ301690B6 publication Critical patent/CZ301690B6/cs
Publication of CZ2009203A3 publication Critical patent/CZ2009203A3/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem, kde tento senzor je tvoren maticí, složenou ze sloupcu a rádku. Jedná se napr. o taktilní senzor na bázi vodivého elastomeru. Alespon k jednomu rádku a k jednomu sloupci matice je pripojen obvod, který je tvoren paralelní kombinací kondenzátoru (3) a rezistoru (4), ke které je v sérii pripojen rádkový spínac (2) a paralelne k ní je pripojena sériová kombinace sestávající ze svorek pro pripojení senzoru (6) s promenným elektrickým odporem a ze sloupcového spínace (7). Takto vzniklé zapojení prvku je pripojeno k napájecímu zdroji (1). Spolecný bod paralelní kombinace kondenzátoru (3) a rezistoru (4) je propojen pres tvarovací obvod (8) s cítacem (9). Rádkový spínac (2) je pripojen na jeden výstup bloku (10) casování, na jehož druhý výstup je pripojen sloupcový spínac (7).

Description

Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem
Oblast techniky
Předkládané řešení se týká elektronického obvodu pro vysokorychlostní vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem, např. z taktilních senzorů na bázi vodivého elastomeru.
Dosavadní stav techniky
S rozvojem robotiky, automatizace a neinvazivní diagnostiky v medicíně je stále více třeba získávat informace o interakci robotu s okolním prostředím a informace o probíhajících technologických operacích. Snímaní kontaktních tlaků patří k důležitým charakteristikám vzájemného působení mezi systémy nebo jejich částmi. Například rozložení tlaku na pneumatice v kontaktu s vozovkou, transportních pásů, jejich rovnoměrné napnutí. Velmi důležité je zjišťování rozložení tlaků v biomechanice mezi živým organismem a okolním prostředím, kdy patologické rozložení tlaků může způsobit velmi vážné zdravotní potíže. Rovněž rozložení tlaků může sloužit k neinvazivní diagnostice různých chorob, či poruch kosterně svalového systému člověka.
Současné systémy nejčastěji používají taktilní senzory, které využívají piezorezistivní materiály, piezorezistivní fólie nebo vodivé elastomery pracující jako převodník tlak - elektrický signál. Současné senzory na bázi vodivého elastomeru využívají pro měření plošného rozloženi kontaktního tlaku snímání napětí nebo proudu z příslušného taktilního elementu. Signál je poté přiveden na multiplexor a analogově-digitální převodník, digitalizován a dále zpracováván. Nevýhodami tohoto řešení jsou nutnost použití multiplexoru pro přepínání měřeného kanálu, malá rychlost snímání rozložení kontaktního tlaku daná použitím jednoho analogovědigitálního převodníku, respektive pouze několika málo analogově-digitálních převodníků, velká spotřeba elektrické energie, závislost spotřeby zařízení na velikosti tlaku na jednotlivé body taktilního senzory čí vysoká cena elektroniky daná vysokou cenou velmi rychlého analogově-digitálního převodníku.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody odstraňuje elektronický obvod pro vysokorychlostní vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem kde tento senzor je tvořen maticí, složenou ze sloupců a řádků, podle předkládaného řešeni. Jeho podstatou je, že alespoň k jednomu řádku a k jednomu sloupci matice je připojen obvod, který je tvořen paralelní kombinací kondenzátorů a rezistoru, ke které je v sérii připojen řádkový spínač. Ktéto paralelní kombinaci je dále připojena sériová kombinace senzoru s proměnným elektrickým odporem a sloupcového spínače. Takto vzniklé zapojení prvků je připojeno k napájecímu zdroji. Společný bod paralelní kombinace kondenzátorů a rezistoru je propojen přes tvarovací obvodů s čítačem. Řádkový spínač je připojen na jeden výstup bloku časování, na jehož druhý výstup je připojen sloupcový spínač.
V jednom možném provedení je do sériové kombinace senzoru s proměnným elektrickém odporem a sloupcového spínače, a to mezi svorku pro připojení senzoru s proměnným elektrickém odporem a společný bod paralelní kombinace kondenzátorů a rezistoru, vložen blok ochrany.
Ve výhodném provedení může být řádkový spínač realizován tranzistorem s vodivosti P a sloupcový spínač tranzistorem s vodivostí N. Tvarovací obvod lze realizovat integrovaným Schmittovým klopným obvodem.
Dále může být obvod ve výhodném provedení doplněn diodou pro ochranu částí obvodu před vnějšími vlivy, přicházejícími směrem od senzory s proměnným elektrickým odporem. Dioda je orientovaná anodou směrem k rezistoru a katodou směrem k senzoru.
Předkládaný elektronický obvod umožňuje vyloučení analogově-digitálního převodníku z měřicího systému, a tím eliminaci jeho vysoké ceny. Dále svou jednoduchou konstrukcí umožňuje vytvoření paralelního snímacího systému a tím vysokorychlostního, jehož spotřeba elektrické energie není díky časování obvodu závislá na velikosti tlaku jednotlivých taktilních senzorů.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popisu příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, který znázorňuje blokové schéma předkládaného elektronického obvodu pro vysokorychlostní vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem, např. z taktilních senzorů na bázi vodivého elastomeru.
Příklad provedení vynálezu
Elektronický obvod pro vysokorychlostní vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem kde tento senzor je tvořen maticí, složenou ze sloupců a řádků sestává ze zdroje elektrické energie 1, řádkového spínače 2, kondenzátoru 3, rezistoru 4, tvarovacího odvodu 8, sloupcového spínače 7, čítače 9 a bloku časování 10/,
K paralelní kombinaci kondenzátoru 3 a rezistoru 4 je v sérii připojen řádkový spínač 2. Paralelně k takto vytvořené kombinaci je pak připojena sériová kombinace senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem, který je připojován ke svorkám obvodu, a sloupcového spínače 7. Celé takto vzniklé zapojení prvků je připojeno k napájecímu zdroji 1. Paralelní kombinace kondenzátoru 3 a rezistoru 4 je připojena na vstup tvarovacího obvodu 8, jeho výstup je připojen na vstup čítače 9, Řádkový spínač 2 je připojen na jeden výstup bloku 10 Časování, na jehož druhý výstup je připojen sloupcový spínač 7.
Ve výhodném provedení, které je nejjednodušší, může být řádkový spínač 2 realizován tranzistorem s vodivostí P a sloupcový spínač 7 tranzistorem s vodivostí N. Současně může být tvarovací obvod 8 realizován integrovaným Schmittovým klopným obvodem. Pro realizaci řádkového spínače 2 a sloupcového spínače 7 je možné využít jakékoli jiné kombinace tranzistorů typu N nebo P, avšak tím se obvod zkomplikuje a tedy i prodraží.
Dále může být obvod ve výhodném provedení doplněn blokem 5 pro ochranu obvodu před vnějšími vlivy přicházejícími směrem od senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem. Nejjednodušší způsob ochrany je zařazení diody, která je orientovaná anodou směrem k rezistoru 4 a katodou směrem k senzoru 6.
Pracovní cyklus předkládaného obvodu je rozdělen do dvou fází, které řídí blok 10 časování,
V první fázi je sepnutý řádkový spínač 2, sloupcový spínač 7 je rozepnutý. Z napájecího zdroje 1 dochází k nabíjení kondenzátorů 3, ke kterému je paralelně připojený rezistor 4. Paralelní kombinace kondenzátorů 3 s rezistorem 4 zajišťuje vybíjení kondenzátorů 3 i v případě práce s odpojeným nebo vadným senzorem 6 s proměnným elektrickým odporem.
V druhé fázi je řádkový spínač 2 rozepnutý, sloupcový spínač 7 je sepnutý. Přes odpor senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem dochází k vybíjení kondenzátorů 3, přičemž rychlost vybíjení je závislá na aktuálním odporu senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem. Velikost aktuálního odporu senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem je tak převedena na dobu vybíjení kondenzátorů
3. Z paralelní kombinace kondenzátorů 3 a rezistoru 4 je odebírán signál do tvarovacího obvodu 8, který zajišťuje převod analogového signálu na logické úrovně L nebo H a zvyšuje odolnost proti rušení. Doba periody takto vzniklého signálu je měřena čítačem 9 a z něj odesílána pro další zpracováni. Vytvořením většího počtu výše popsaného obvodu pro každý řádek, případně sloupec, senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem lze podstatně zvýšit rychlost snímání a zároveň snížit náklady na vyhodnocovací elektroniku ve srovnání s použitím více paralelních analogovědigitálních převodníků. Výstupem takto vytvořeného obvodu je informace o sledované veličině ze senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem, původně analogová veličina, převedená do digitální formy. Například v případě použití taktilního čidla na místě senzoru 6 s proměnným elektrickým odporem je výstupní číslo z čítače 9 úměrné síle působící na daný snímač 6 s proměnným elektrickým odporem. Získaná digitální informace může být např. zobrazena na obrazovce počítače, ukládána na paměťové médium nebo jinak zpracovávána.
Průmyslová využitelnost
Popsaný elektronický obvod pro vysokorychlostní vyhodnocení informací ze senzorů s proměnným elektrickým odporem umožňuje zvětšení rychlosti snímání ze senzorů při současném odstranění vysokorychlostního analogově-digitálního převodníku, a tím i snížení ceny výsledného zařízení. Současně umožňuje snížení spotřeby elektrické energie, odstranění závislosti spotřeby elektrické energie na měřené síle a umožňuje paralelní vyhodnocení pro velké množství paralelních řádků nebo sloupců senzoru. V kombinaci např. s proporcionálním senzorem rozložení tlaku je využitelný v oblasti lékařské ortopedie a biomechaniky pro studium rozložení tlaku na ploskách chodidel a jeho dynamických změn během kroku. Stanovení rozložení tlaků na ploskách chodidel a jejich časový průběh jsou cenné informace, přispívající k neinvasivní diagnostice poruch motoriky, ortopedických vad a mnohých onemocnění, k zabránění patologickým tlakům na lidském těle, a tím vzniku proleženin, např. inteligentní postel. Ve stabilometrii lze uvedené senzory použít při měřeni stability, ve fyzioterapii pro rehabilitaci, pro vývoj rehabilitačních pomůcek a protéz a dále při biologické zpětné vazbě, tzv. biofeedback. Rovněž tak je využitelný pro návrhy anatomických tvarů sedaček a opěradel, zvláště v automobilovém a leteckém průmyslu. Praktické využití nalezne také ve sportovním lékařství a metodologii, v robotíce pro stabilitu a vyvažování robotů, pro určení pevného místa uchopení, určení síly apod. a v dalších průmyslových aplikacích, kde je potřebné znát rozložení tlaků, např. pneumatika - vozovka

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY
1. Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem kde tento senzor je tvořen maticí, složenou ze sloupců a řádků, vyznačující se tím, že alespoň k jednomu řádku a k jednomu sloupci matice je připojen obvod, který je tvořen paralelní kombinací kondenzátoru (3) a rezistoru (4), ke které je v sérii připojen řádkový spínač (2), a paralelné k ní je připojena sériová kombinace sestávající ze svorek pro připojení senzoru (6) s proměnným elektrickým odporem a ze sloupcového spínače (7), kde takto vzniklé zapojení prvků je připojeno k napájecímu zdroji (1) a kde společný bod paralelní kombinace kondenzátoru (3) a rezistoru (4) je propojen přes tvarovací obvody (8) s čítačem (9), přičemž řádkový spínač (2) je připojen na jeden výstup bloku (10) časování, na jehož druhý výstup je připojen sloupcový spínač (7).
2. Elektronický obvod podle nároku 1 vyznačující se tím, že mezi svorku pro připojení senzoru (6) s proměnným elektrickém odporem a společný bod . -i / paralelní kombinace kondenzátoru (3) a rezistoru (4) je vložen blok ochrany
3. Elektronický obvod podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že řádkový spínač (2) je realizován tranzistorem s vodivostí P a sloupcový spínač (7) je realizován tranzistorem s vodivostí N.
4. Elektronický obvod podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že tvarovací obvod (8) je Schmittův klopný obvod.
5. Elektronický obvod podle kteréhokoli z nároků 1 až 4 vyznačující se tím, že blok (5) ochrany je tvořen diodou, která je orientovaná anodou směrem k rezistoru (4) a katodou směrem k senzoru (6) s proměnným elektrickým odporem.
CZ20090203A 2009-04-01 2009-04-01 Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem CZ2009203A3 (cs)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20090203A CZ2009203A3 (cs) 2009-04-01 2009-04-01 Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem
PCT/CZ2010/000037 WO2010111979A1 (en) 2009-04-01 2010-03-30 Electronic circuit for the evaluation of information from variable electric resistance sensors
US13/260,645 US20120025852A1 (en) 2009-04-01 2010-03-30 Electronic circuit for the evaluation of information from variable electric resistance sensors
RU2011139649/28A RU2538038C2 (ru) 2009-04-01 2010-03-30 Электронная схема для анализа информации от датчиков переменного электрического сопротивления
EP10729689A EP2414799B1 (en) 2009-04-01 2010-03-30 Electronic circuit for the evaluation of information from variable electric resistance sensors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20090203A CZ2009203A3 (cs) 2009-04-01 2009-04-01 Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ301690B6 CZ301690B6 (cs) 2010-05-26
CZ2009203A3 true CZ2009203A3 (cs) 2010-05-26

Family

ID=42235489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20090203A CZ2009203A3 (cs) 2009-04-01 2009-04-01 Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120025852A1 (cs)
EP (1) EP2414799B1 (cs)
CZ (1) CZ2009203A3 (cs)
RU (1) RU2538038C2 (cs)
WO (1) WO2010111979A1 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017106400A1 (de) * 2017-03-24 2018-09-27 Endress+Hauser SE+Co. KG Konfigurationsschalter sowie Busteilnehmer mit einem solchen Konfigurationsschalter

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526043A (en) * 1983-05-23 1985-07-02 At&T Bell Laboratories Conformable tactile sensor
US4839512A (en) * 1987-01-27 1989-06-13 Tactilitics, Inc. Tactile sensing method and apparatus having grids as a means to detect a physical parameter
WO1993014386A1 (en) * 1987-11-05 1993-07-22 Kikuo Kanaya Distribution-type touch sensor
US4845435A (en) * 1988-01-20 1989-07-04 Honeywell Inc. Sensor fault detector
EP0379180B1 (en) * 1989-01-18 1996-11-20 Nippondenso Co., Ltd. Magnetic detection device and physical quantity detection device using same
DE19625730A1 (de) * 1996-06-27 1998-01-02 Teves Gmbh Alfred Verwendung einer Berührungssensormatrix als Sensor in Kraftfahrzeugen
US5754963A (en) * 1996-07-30 1998-05-19 Hitachi America, Ltd. Method and apparatus for diagnosing and isolating faulty sensors in a redundant sensor system
US6047245A (en) * 1998-01-02 2000-04-04 International Business Machines Corporation Resistive strain gauge control circuit
JP2002236542A (ja) * 2001-02-09 2002-08-23 Sanyo Electric Co Ltd 信号検出装置
JP3932815B2 (ja) * 2001-03-09 2007-06-20 株式会社デンソー センサ回路網の異常検出方法
US7075329B2 (en) * 2003-04-30 2006-07-11 Analog Devices, Inc. Signal isolators using micro-transformers
JP4198019B2 (ja) * 2003-10-07 2008-12-17 矢崎総業株式会社 状態検出方法及び絶縁抵抗低下検出器
US7235994B2 (en) * 2004-07-29 2007-06-26 International Business Machines Corporation Defect monitor for semiconductor manufacturing capable of performing analog resistance measurements
JP4834393B2 (ja) * 2005-12-09 2011-12-14 矢崎総業株式会社 状態検出方法及び絶縁抵抗低下検出器
JP2007163301A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd バーンインテスト信号発生回路及びバーンインテスト方法
US20070210805A1 (en) * 2006-03-08 2007-09-13 Yazaki Corporation Insulation detecting method and insulation detecting device
US7576549B2 (en) * 2006-09-21 2009-08-18 Bio-Rad Laboratories, Inc. Methods for measuring sample resistance in electroporation
CZ19700U1 (cs) * 2009-04-01 2009-06-08 Ceské vysoké ucení technické v Praze Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem

Also Published As

Publication number Publication date
CZ301690B6 (cs) 2010-05-26
WO2010111979A1 (en) 2010-10-07
EP2414799A1 (en) 2012-02-08
RU2011139649A (ru) 2013-05-10
EP2414799B1 (en) 2013-02-13
US20120025852A1 (en) 2012-02-02
RU2538038C2 (ru) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102335768B1 (ko) 체지방을 측정하는 방법 및 장치
US20130310677A1 (en) Measurement devices for bio-signals
Cheng et al. Soft sensor for full dentition dynamic bite force
Belbasis et al. Development of next-generation compression apparel
CZ2009203A3 (cs) Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzoru s variabilním elektrickým odporem
CZ19700U1 (cs) Elektronický obvod pro vyhodnocení informací ze senzorů s variabilním elektrickým odporem
Hidalgo-López et al. Wide range calibration method for direct interface circuits and application to resistive force sensors
CN106999086B (zh) 活体内信号源位置检测方法及活体内信号源位置检测装置
CN112237424A (zh) 高精度阻抗测量
US10792999B2 (en) Multi-capacitor sensor array with integrated temperature measurement
Compton et al. Towards large-area on-body force sensing using soft, flexible materials: Challenges of textile-based array sensing
JP6608320B2 (ja) 生体情報計測装置
Boukhenous et al. Force platform for postural balance analysis
Anderson et al. Calibration and evaluation of a force measurement glove for field-based monitoring of manual wheelchair users
Uchida et al. Support Vector Machine analysis to detect deviation in a health condition monitoring system
Wang et al. Design and research of a high spatial resolution insole plantar pressure acquisition system
Varoto et al. A low cost wireless system to monitor plantar pressure using insole sensor: Feasibility approach
Alam et al. Development of a low-cost textile sensor based insole to monitor foot pressure of diabetic patients
Bronsh et al. Experience in developing diagnostic insoles with resistive pressure sensors
Volf et al. Pressure distribution measurement system PLANTOGRAF V12 and its electrodes configuration.
Zhang et al. An Electronic Skin Readout System for Liquid Metal based Flexible Resistor Sensor Array
Zhao et al. A Wireless Foot Plantar Pressure Distribution Measurement System and Its Application in Gait Analysis
Koder et al. Plantograf V18–New construction and properties
Quiroz Design a CI for sensitive tactile system for robotic hand with capacitance effect
Fahrurrazi et al. Resistive sensor array readout circuit: nodal array approach

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20150401